CN103380261A - 防喷器平移轴锁定系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防喷器（BOP）系统，其具有用于打开和闭合闸板（12）的致动器。致动器包括锁定系统，该锁定系统具有离合器活塞（70），该离合器活塞用以操作具有棘轮齿（78）的离合器（64）。在闸板打开和闭合之前，锁定系统将离合器脱开。离合器活塞（70）具有第一部分（92），该第一部分的面积比第二部分（94）大。离合器流体压力（13）作用在第一部分（92）上，并且闭合流体压力（134）作用在第二部分（94）上。即使当闭合流体压力（134）与离合器流体压力（138）相同且离合器被偏压组件（74）偏压而接合时，离合器活塞各部分中的这种面积差也允许离合器在闭合操作期间脱开。另外，闭合流体压力（134）施加成使离合器棘轮齿（81）上的载荷减小，而离合器流体压力（138）施加成使离合器解锁。

Description

防喷器平移轴锁定系统

相关申请的交叉参考

该国际专利申请要求2011年2月3日提交的美国申请No.13/020,325的优先权。

有关联邦资助研究或开发的声明

不适用。

参考附录

不适用。

技术领域

本发明整体涉及油田设备。更具体地，本发明涉及防喷器。

背景技术

在气井和油井中，有时候需要关闭或剪切设置在其中的管状构件，并且密封钻井孔以防止由于地下压力产生爆炸或其它事故。通常，执行这种功能的油田设备被称为防喷器。防喷器（BOP）具有本体，该本体通常作为防喷器叠堆中的设备安装在井上方。

典型的防喷器具有本体，该本体具有孔，钻管或其它管状构件可以延伸穿过该孔。不同类型的闸板、典型的管道、盲孔或剪切密封与防喷器相关。通常，一对闸板从孔的相对两侧侧向地（也就是与孔成某一非零角度）延伸。闸板能够在导向槽中相对于该孔成侧向地沿轴向移动。在闸板的外端部处连接到本体的一对致动器使得闸板沿侧向移动，并且关闭或剪切设置在它们之间的钻管。闸板通常具有一个或多个密封表面，该密封表面密封物体、防喷器的本体和相对的闸板。例如，至少一种类型的闸板上的剪切刃部通常处于稍稍不同的高度处，使得一个剪切刃部稍稍在下方超过另一个剪切刃部，以引起在闸板之间设置的管或物体的剪切作用。在剪切之后，闸板上的密封表面可以彼此密封，使得井中压力被容纳且被防止逸出到钻井孔外。

闸板型BOP需要具有将BOP的密封构建机械地锁定和保持在闭合位置中的装置。在致动器的液压操作损失的情况下，该机械锁定用作安全预防措施。部件公差累积和闸板上各种密封装置的组合指定了机械锁定装置必须能够将密封部件锁定在大范围的位置中。从而，采用轴向可动锁定。

其后，工业中的特征在于小而重要的改进。Olson的专利4,076,208是本领域中存在的已经商业应用的这些类型的系统的例子。其摘要描述了，“一种用于防喷器的新的和改进的闸板锁，其允许闸板锁定在多个可调节位置处，以补偿防喷器闸板的密封元件上的磨损，并且增强闸板的密封作用，而不需要单独的特定控制管线。实现闸板在期望位置处的自动锁定，例如在可调节密封位置中，以补偿闸板弹性体磨损”。

Olson了解的是，现有技术美国专利No.3,242,826和Re27,294教导了卡扣环或夹套，该卡扣环或夹套在致动器中的活塞到达预定锁定位置时锁定，但是仅仅提供一个锁定位置。Olson还了解的是，美国专利No.3,208,357教导了具有锥形锁定销的防喷器，但是需要额外的液压操作和控制管线，增加了控制系统的复杂性。在Olson中，文本和附图教导了一种锁，其通过棘轮齿38a、42a接合在接合的离合器板38、42上而启动，如图2、4所示。在静止期间，以及在闸板朝向BOP的中心向内运动期间，弹簧40保持棘轮齿38a、42a之间的接触。当闸板向内运动且锁定螺母30旋转时，棘轮齿38a、42a相对于彼此递增地分度，以允许闸板向内运动，但是通过锁定螺母40沿相反方向的旋转而锁定闸板的向外运动。为了释放棘轮齿以使得闸板能够沿相反的方向向外运动，解锁腔室60中的环形解锁活塞62被致动，并且使得离合器板与棘轮齿分离，如图2A所示。解锁活塞上的压力是流体通过入口管道24b进入所产生的圆筒17中的打开或离合器流体压力。当闸板开始向外运动时，这样的流体在这样的压力下被传送到解锁腔室60，以致动解锁活塞62。

然而，当BOP闭合和打开时，这样的锁定系统可能经受高载荷，这可能降低锁定系统的使用寿命。当打开流体压力施加到闸板支架以试图向外推闸板时，Olson所述的系统还向解锁活塞施加这样的打开流体压力。从而，闸板支架上的压力可以增大棘轮齿之间的力，以抵抗这样的力，原因是棘轮齿锁定在一起，以防止闸板向外运动。虽然棘轮齿在这样的力下锁定在一起，但是解锁活塞试图克服这样的力，以使棘轮齿脱开。从而，该系统使得这样的部分的预期运动彼此相反，直到解锁活塞能够将棘轮齿脱开，以允许闸板向外运动。当棘轮齿彼此接合和脱开时，该系统可能使棘轮齿产生磨损。另外，棘轮齿在闸板向内运动期间连续地接合，以使得该系统进一步产生可能的磨损。

因此，仍然需要改进的用于防喷器的锁定系统，其减少锁定系统的可能的磨损，并且以更加受控制的方式启动离合器接合。

发明内容

本发明提供一种防喷器（BOP）系统，其具有用于打开和闭合闸板的致动器。致动器包括锁定系统，该锁定系统具有离合器活塞，该离合器活塞用以操作具有棘轮齿的离合器。在闸板打开和闭合之前，锁定系统将离合器脱开。离合器活塞具有第一部分，该第一部分的面积比第二部分大。离合器流体压力作用在第一部分上，并且闭合流体压力作用在第二部分上。即使当闭合流体压力与离合器流体压力相同且离合器被偏压组件偏压而接合时，离合器活塞各部分中的这种面积差也允许离合器在闭合操作期间脱开。另外，闭合流体压力施加成使离合器棘轮齿上的载荷减小，而离合器流体压力施加成使离合器解锁。

当操作需要离合器接合时，离合器流体压力的移除允许BOP闭合流体压力将离合器活塞平移到这样的位置，即允许棘轮离合器板接合拆修螺母，并且仅仅允许拆修螺母沿BOP闭合方向旋转，其将BOP锁定在这样的闭合位置中。本发明还提供的是，在将BOP上锁定的离合器解锁之前，施加BOP闭合流体压力。闭合流体压力可以降低，并且打开流体压力可以施加以打开闸板，同时离合器流体压力保持离合器活塞上的压力以保持离合器脱开。该系统帮助减少与BOP上的锁定组件相关的磨损。

本发明提供用于油井或气井的防喷器，其包括：防喷器本体，该防喷器本体具有贯穿设置的开口，以用于管状产品插入穿过该开口，并且该防喷器本体具有至少第一导向槽，该第一导向槽相对于开口的中心线成一角度地形成；第一闸板，该第一闸板沿着在本体中形成的第一导向槽可滑动地联接到防喷器本体；以及第一致动器，该第一致动器联接到第一闸板，并且适于使第一闸板沿着第一导向槽在侧向方向上在打开位置和闭合位置之间运动。第一致动器包括：致动器本体，该致动器本体具有套筒，该套筒与在套筒中形成的开口套筒的中心线成一角度地设置；致动器活塞；锁定螺母，该锁定螺母能够相对于致动器活塞旋转；以及离合器组件，该离合器组件与锁定螺母选择性地联接，并且适于约束锁定螺母的旋转。致动器活塞包括致动器活塞头部，该致动器活塞头部可滑动地至少部分设置在套筒中，并且与套筒密封地接合，致动器活塞的第一端部联接到第一闸板，致动器活塞的第二端部联接到螺纹轴，在该螺纹轴上形成有螺纹；致动器活塞头部将套筒分为沿着朝向开口的中心线的处于套筒内的向内腔室和沿着离开开口的中心线的处于套筒内的向外腔室。锁定螺母包括对应螺纹，该对应螺纹适于与致动器活塞的螺纹轴上的螺纹接合，并且适于当锁定螺母相对于螺纹轴旋转时允许螺纹轴与致动器活塞头部一起沿侧向运动。离合器组件包括：离合器板，该离合器板具有朝向锁定螺母设置的夹持表面；偏压组件，该偏压组件包括偏压构件和联接到偏压构件的偏压构件保持器，该偏压组件适于将离合器板朝向锁定螺母偏压；以及离合器活塞，该离合器活塞与致动器本体可滑动地联接，并且适于将离合器板与锁定螺母选择性地接合。离合器活塞包括具有第一压力面积的第一部分和具有第二压力面积的第二部分，第一压力面积和第二压力面积之间的差形成压力面积差，第一压力面积与第二压力面积密封，第一压力面积流体地联接到端口，以便与第二压力面积上的流体压力独立地向第一压力面积提供流体压力。

本发明还提供致动用于油井或气井的防喷器的方法，该防喷器包括：防喷器本体，该防喷器本体具有用于管状产品贯穿插入的开口；至少一个闸板，该至少一个闸板可滑动地联接到防喷器本体；第一致动器，该第一致动器适于使闸板在打开位置和闭合位置之间运动；该致动器具有致动器本体，致动器活塞设置在该致动器本体中，致动器活塞具有致动器活塞头部，该致动器活塞头部将致动器本体的内部部分分为沿着从致动器活塞头部朝向开口的方向的向内腔室和沿着从致动器活塞头部离开开口的方向的向外腔室，该致动器活塞还具有螺纹部分，该螺纹部分适于接合能够相对于致动器本体旋转的螺纹锁定螺母，该致动器还具有离合器组件，该离合器组件具有离合器板和锁定活塞，该离合器板与锁定螺母选择性地联接，锁定活塞包括具有第一压力面积的第一部分和具有第二压力面积的第二部分，第一压力面积和第二压力面积之间的差形成压力面积差，第一压力面积与第二压力面积密封，所述方法从打开位置开始包括：向离合器活塞的第一部分施加离合器流体压力，以使离合器活塞运动；利用离合器活塞使离合器板从锁定螺母脱开；当离合器板从锁定螺母脱开时，从向外腔室向致动器活塞施加闭合流体压力；使闸板朝向开口向内运动，以至少部分地闭合防喷器；以及减小对离合器活塞的第一部分的离合器流体压力，以允许离合器板接合锁定螺母并且将闸板保持在至少部分闭合位置。

附图说明

图1为防喷器的示意性剖视图，该防喷器具有一个或多个致动器，闸板联接到致动器。

图2为图1的BOP的一部分的示意性俯视图，示出了当BOP处于锁定的打开位置时且在离合器流体压力、闭合流体压力或打开流体压力不具有启动量的情况下的致动器的特征。

图2A为图2的致动器的锁定系统的细节示意图。

图2B为图2A的锁定系统的离合器中的棘轮齿的细节示意图。

图3为当BOP处于解锁打开位置时且在离合器流体压力施加到离合器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。

图3A为图3的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。

图4为当BOP处于解锁闭合位置时且在离合器流体压力施加到离合器活塞同时闭合流体压力施加到致动器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。

图4A为图4的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。

图5为当BOP处于锁定闭合位置时且在离合器流体压力减小同时闭合流体压力施加到致动器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。

图5A为图5的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。

图6为当BOP处于锁定闭合位置时且在离合器流体压力减小同时闭合流体压力减小的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。

图6A为图6的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。

图7为当BOP处于锁定闭合位置时且在离合器流体压力减小同时闭合流体压力施加到致动器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。

图7A为图7的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。

图8为当BOP处于解锁闭合位置时且在离合器流体压力施加到离合器活塞同时闭合流体压力施加到致动器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。

图8A为图8的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。

图9为当BOP处于解锁闭合位置时且在离合器流体压力施加到离合器活塞同时闭合流体压力减小的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。

图9A为图9的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。

图10为当BOP处于解锁打开位置时且在离合器流体压力施加到离合器活塞同时闭合流体压力在致动器活塞的与之前的闭合流体压力相反的一侧上施加到致动器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。

图10A为图10的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。

具体实施方式

上述附图和以下特定结构和功能的书面描述并不是用来限制申请人已经发明的范围或所附权利要求的范围。相反，附图和书面描述是用来教导本领域技术人员制造和使用请求专利保护的本发明。本领域技术人员将会理解，为了清楚和理解起见，以下并未描述本发明的商业实施例的全部特征。本领域技术人员还将会理解，结合本发明的各个方面的实际商业实施例的开发将需要许多具体实施决策来实现开发者的最终商业实施目标。这样的具体实施决策可以包括且可能并不限于，符合系统相关的、商业相关的、政府相关的和其它限制，这些限制可能时常由特定实施、位置而改变。虽然在绝对意义上，开发者的努力可能是复杂且耗时的，然而这样的努力对于得益于本发明的本领域技术人员而言将会是例行任务。必须理解，本文所公开和教导的发明容许有许多和多种修改形式和替代形式。单数术语的使用（例如但不限于“一”）并不是用来限制对象的数量。另外，关系术语的使用（例如但不限于“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、“侧”等）在书面描述中用来清楚表示附图的具体基准，而并不是用来限制本发明或所附权利要求的范围。

本发明提供一种防喷器（BOP）系统，其具有用于打开和闭合闸板的致动器。致动器包括锁定系统，该锁定系统具有离合器活塞，该离合器活塞用以操作具有棘轮齿的离合器。在闸板打开和闭合之前，锁定系统将离合器脱开。离合器活塞具有第一部分，该第一部分的面积比第二部分大。离合器流体压力作用在第一部分上，并且闭合流体压力作用在第二部分上。即使当闭合流体压力与离合器流体压力相同且离合器被偏压组件偏压到接合位置时，离合器活塞各部分中的这种面积差也允许离合器在闭合操作期间脱开。另外，闭合流体压力施加成使离合器棘轮齿上的载荷减小，而离合器流体压力施加成使离合器解锁。

图1为防喷器的示意性剖视图，该防喷器具有一个或多个致动器，闸板联接到致动器。所示的防喷器（“BOP”）为剪切BOP。没有示出但是包括在本文中的其它类型的BOP是非剪切的，并且横跨井孔进行密封。BOP2包括防喷器本体4，该防喷器本体4具有限定了中心线7的贯穿形成的开口6。开口6的尺寸形成为足以允许管状构件20大致与中心线7对准地穿过开口6设置。

防喷器2还包括第一闸板10，该第一闸板相对于开口6沿侧向设置。闸板10可以在图1的视图中沿侧向向左和向右运动，并且通过第一导向槽8进行引导。第一导向槽8设置成与开口6的中心线7成某个非零角度，通常成直角。相似地，第二闸板12设置在相对于中心线7成一角度的第二导向槽9中。第一闸板10由第一致动器14致动。第一致动器14可以电气地、液压地、气动地或以其他方式操作。在所示的实例中，致动器活塞18通过引入的加压流体平移，以便使第一闸板10朝向中心线7运动，以接合并且大致切断设置在其中的管状构件20。相似地，第二闸板12可以由第二致动器16致动，以使第二闸板12朝向中心线7运动，以与第一闸板10结合而帮助切断管状构件20。

图2为图1的BOP的一部分的示意性俯视图，示出了当BOP处于锁定的打开位置时且在离合器流体压力、闭合流体压力或打开流体压力不具有启动量的情况下的致动器的特征。图2A为图2的致动器的锁定系统的细节示意图。图2B为图2A的锁定系统的离合器中的棘轮齿的细节示意图。这些图将彼此结合起来进行描述。

大致如图1所示，BOP2包括联接到闸板12的致动器16。尽管在剩下的图中没有示出，但是应当理解，通常BOP2还包括联接到闸板10的致动器活塞18。致动器16可以通过使闸板12朝向管状构件20和开口6运动而闭合BOP，并且可以通过使闸板12离开开口6缩回而打开BOP。

再次参考图2，致动器16包括形成有各种腔室的致动器本体21，这些腔室能够利用流体加压，以启动本文所述的内部部件。在至少一个实施例中，致动器本体21包括致动器头部22，该致动器头部利用一个或多个螺柱24联接到锁定螺母保持器26，该锁定螺母保持器联接到离合器壳体28，该离合器壳体联接到致动器顶盖30。致动器间隔件32联接到致动器顶盖30，并且沿着致动器16的侧向孔向内延伸。致动器间隔件32可以限制轴52的旋转，如下所述，引导致动器活塞的运动，并且提供阻挡表面以限制对于致动器而言可能的打开量。圆柱体套筒34设置在致动器头部22和锁定螺母保持器26之间，从而圆柱体套筒34内的流体压力能够保持在加压条件下。

致动器活塞18设置在圆柱体套筒34中，并且沿着致动器侧向地运动，以使闸板12沿着朝向开口6的向内方向而朝向闭合位置运动，以及使闸板12沿着离开开口6的向外方向而朝向打开位置运动。致动器活塞18包括致动器活塞头部36，该致动器活塞头部具有朝向开口6设置的向内表面36A以及沿相反方向朝向致动器顶盖30设置的向外表面36B。致动器活塞18的向内和向外表面36A、36B限定了用于作用在其上的打开和闭合流体压力的面积，如本文所述。活塞头部密封件38将致动器活塞头部36密封到圆柱体套筒34。活塞杆40联接到致动器活塞头部36，并且朝向开口6向内延伸。当活塞杆40沿侧向运动通过致动器头部22时，活塞杆40由联接在活塞杆和致动器头部之间的多个活塞杆密封件42中的一个密封。连接器44（也被称为“按钮”）可以将活塞杆40连接到闸板12。在至少一个实施例中，连接器44可以与闸板12联接，以允许在需要时更换闸板。

向内腔室46形成在活塞头部向内表面36A与致动器头部22的相对表面之间。向内腔室46可以接纳加压的打开流体，以通过使致动器活塞头部36相对于图2所示的取向向右运动而打开BOP。对应的向外腔室48形成在活塞头部向外表面36B与锁定螺母保持器26、离合器壳体28和致动器顶盖30的内侧到致动器活塞头部36的右侧的表面之间，如图2所示。向外腔室48可以接纳加压的闭合流体，以通过使致动器活塞头部36相对于图2所示的取向向左运动而闭合BOP。

活塞尾轴50可以在图2的图示中朝向向外表面36B的右侧而联接到致动器活塞头部36。当BOP处于打开位置中时，活塞尾轴50可以设置成与致动器间隔件32相邻。尾轴腔室54形成在活塞尾轴50和致动器间隔件32之间。活塞螺纹轴52可以围绕活塞尾轴50联接，使得活塞尾轴50能够帮助保持该围绕的活塞螺纹轴52的对准。当致动器活塞18使闸板12在闭合和打开位置之间向内和向外运动时，活塞螺纹轴52能够可滑动地接合致动器间隔件32。螺纹轴腔室56形成在活塞螺纹轴52的端部与致动器顶盖30的一部分之间。

锁定系统58能够选择性地致动，以约束活塞螺纹轴52的侧向运动，并且由此约束致动器活塞18和与其联接的闸板12在一个或多个闭合或打开位置中的侧向运动。在至少一个实施例中且在非限制性的情况下，锁定系统58可以大致包括锁定螺母60、离合器组件64和离合器活塞70。锁定螺母60可以由离合器组件64约束而不能旋转，该离合器组件由离合器活塞70启动，这将在以下更详细地描述。离合器端口138可以向锁定系统58提供离合器流体，以用于加压和启动离合器活塞70。在至少一个实施例中，端口138可以形成在锁定螺母保持器26中。

在至少一个实施例中，锁定螺母60可以是环状地形成的螺母，具有内螺纹，该内螺纹可以与螺纹轴52上的外螺纹相互作用。锁定螺母60沿径向向内设置在锁定螺母保持器26中，并且可以受到约束而不能在锁定螺母保持器的台阶与锁定螺母保持器环26A之间进行侧向运动。根据活塞螺纹轴52是打开还是闭合，锁定螺母可以顺时针和逆时针旋转。活塞螺纹轴52通常不旋转并且可以保持就位，例如通过在致动器中形成的侧向突起（未示出）来约束旋转。从而，螺纹轴52可以沿侧向运动并且受到约束而不能旋转，而锁定螺母60可以旋转并且受到约束而不能沿侧向运动。锁定螺母60在离合器板上的夹持表面78处与离合器组件64上的离合器板66选择性地配合。在至少一个实施例中，离合器板66上的夹持表面78可以包括棘轮齿，如下所述。

如图2B中更具体地所示，锁定螺母60可以包括一组棘轮齿，该组棘轮齿与离合器板66上的对应的一组棘轮齿配合。锁定螺母60的棘轮齿80大致包括倾斜部分82和平坦部分84。离合器板66上的对应的棘轮齿81大致包括对应的倾斜部分86和平坦部分88。当接合时，棘轮齿帮助约束锁定螺母而使其不能旋转，锁定螺母约束活塞螺纹轴52而不能沿侧向运动，并且由此约束闸板12的运动，特别是不能向外打开。

离合器组件64可以包括离合器板66和离合器偏压组件68。离合器偏压组件68可以包括诸如弹簧的偏压构件74和诸如螺母或其它紧固件的偏压构件保持器76。偏压构件74帮助将离合器板66朝向锁定螺母60偏压。偏压构件保持器76帮助将偏压构件74保持就位。偏压构件保持器76还可以将离合器组件64联接到锁定螺母保持器26和/或锁定螺母保持器环26A。从而，在至少一个实施例中，离合器组件64不会旋转，而锁定螺母60可以选择性地旋转。离合器腔室57形成在致动器本体21中，并且大致与向外腔室48流体地联接。离合器组件64可以大致设置在离合器腔室57中。

离合器活塞70具有第一部分92和较小的第二部分94。在至少一个实施例中，离合器活塞70是环形活塞，具有不同直径的台阶状的构造。在其它实施例中，离合器活塞70可以是围绕离合器板66径向地设置的且共同用来启动离合器板66的单独腔室中单独的活塞的集合（未示出）。在至少一个实施例中，离合器活塞70的第一部分92设置在形成于锁定螺母保持器26内的第一活塞腔室100中。第一活塞腔室100具有外周边102和内周边106，并且与离合器端口138流体地联接。然而，第一活塞腔室100与向内腔室46流体地断开，使得离合器流体压力可以独立于致动器活塞18上的打开流体压力而施加在离合器活塞70上。相似地，第一活塞腔室100与向外腔室48流体地断开，使得离合器流体压力可以独立于致动器活塞18上的闭合流体压力而施加在离合器活塞70上。与第一部分92的内周边108联接的密封件96密封第一活塞腔室100的内周边106，并且与第一活塞腔室100的内周边106可滑动地接合。与第一部分92的外周边104联接的密封件98密封第一活塞腔室100的外周边102，并且与第一活塞腔室100的外周边102可滑动地接合。从而，第一活塞面积122形成在第一活塞腔室100的外周边102和内周边106之间。第一活塞面积122是压力面积，在该压力面积上，通过离合器端口138的离合器流体压力可以作用在离合器活塞70的第一部分92上。第一活塞腔室100中的间隙114用于离合器活塞70的第一部分92的运动。

在至少一个实施例中，离合器活塞70的第二部分94在从离合器壳体28沿径向向内形成的活塞腔体118内操作。离合器壳体28上的台阶用于直径减小的表面，以形成活塞腔体118的外周边120。在至少一个实施例中，活塞腔体118与离合器腔室57和向外腔室48大致流体地联接。

离合器活塞70的第二部分94与密封表面接合以形成第二活塞面积，如同第一部分92一样，但是是在与第一活塞腔室100的外周边102不同的周边处。周边的不同提供了BOP操作的灵活性，如下所述。更具体地，第二部分94限定的外周边116比第一部分92的外周边104小。与第二部分94的外周边116联接的密封件112密封活塞腔体118的外周边120，并且与活塞腔体118的外周边120可滑动地接合，第二部分在该活塞腔体内滑动。通过密封件112与离合器活塞的第二部分94密封的外周边120限定了用于第二活塞面积124的外周边。用于第二活塞面积124的内周边由通过密封件96密封的第一活塞腔室100的内周边106限定。从而，第二活塞面积124由活塞腔体118的外周边120与第一活塞腔室100的内周边108之间的面积限定。

如以下更详细地所述，活塞面积122、124之间限定了活塞面积差126。该活塞面积差126的内周边由活塞腔体118的外周边120限定。该活塞面积差126的外周边由第一活塞腔室100的外周边102限定。从而，在至少一个实施例中，活塞面积差126可以限定为第一活塞面积122和第二活塞面积124之间的差，并且可以通过第一活塞腔室100的外周边102与活塞腔体118的外周边120之间的面积差来计算。如以下的图中更详细地所述，即使当闭合流体压力与离合器流体压力同时施加时，在至少某些实施例中，即使当压力基本上等于同一泵送系统时，活塞面积差126也允许由施加在第一活塞面积122上的离合器流体压力所产生的力克服由施加在第二活塞面积124上的闭合流体压力所产生的反作用力。通常，活塞面积差126的大小形成为使得由第一活塞面积122上的离合器流体压力所产生的力能够克服由施加第二活塞面积124上的闭合流体压力所产生的力以及由离合器板66上的偏压构件74所产生的偏压力。

大致包括泵、控制器以及相关的阀、管道和电路（未示出）的泵送系统130以示意图的形式示出为向致动器的多个部分提供加压流体。在至少一个实施例中，该泵提供单个流体压力源，该单个流体压力源被提供给控制器，以在整个BOP中选择性地提供加压流体。例如，泵送系统130可以通过与闭合端口134联接的闭合流体管线132向致动器活塞18提供闭合流体压力，通过与离合器端口138联接的离合器流体管线136向离合器活塞70提供离合器流体压力，并且通过与打开端口142联接的打开流体管线140向致动器活塞18提供打开流体压力。闭合端口134可以流体地连接到向外腔室48，以提供流体压力来闭合BOP和使闸板12朝向端口开口6运动。打开端口122可以流体地联接到向内腔室46，从而可以沿向外方向离开开口6而打开闸板12。离合器端口138可以联接到离合器活塞70，以选择性地致动离合器板66和控制与锁定螺母60的接合。

通过选择性地控制不同的腔室何时接收流体压力，离合器组件64可以在不同的时间启动，以减少磨损，同时允许系统在打开和闭合BOP期间得到完全的控制。即使在BOP的闭合操作期间，离合器组件64也能够选择性地启动，以接合和脱开锁定螺母60。与其它系统相比，这样的选择接合可以减少锁定螺母和离合器板之间的磨损。

以图2-2B开始可以示出通过致动器16利用离合器组件64闭合和打开BOP2的操作的示例性顺序。如图所示，致动器16处于停用打开位置，致动器活塞头部36朝向致动器顶盖30向外设置，并且闸板12设置成离开BOP2的开口6。离合器组件64示出为处于锁定位置中，使得离合器板66与锁定螺母60接合。这样的接合至少限制了活塞螺纹轴52的向外运动。离合器板66和锁定螺母60之间出现接合，原因是在缺少由离合器活塞70上的流体压力引起的反作用力的情况下，具有偏压构件74的离合器偏压组件68将离合器板66朝向锁定螺母60偏压。离合器活塞70没有启动，原因是没有流体通过离合器端口138施加到离合器活塞70的第一部分92。

图3为当BOP处于解锁打开位置时且在离合器流体压力施加到离合器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。图3A为图3的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。这些图将彼此结合起来进行描述。为了将具有致动器活塞头部36的致动器活塞18致动到闭合位置并且使闸板12朝向开口6运动，有利的是，通过离合器端口138向离合器活塞70的第一部分92提供离合器流体压力。离合器活塞70能够利用间隙114在第一活塞腔室100中运动，以将离合器板66推离锁定螺母60。在至少一个实施例中，这种脱开在离合器板66的夹持表面78与锁定螺母60之间产生脱开间隙90，使得离合器板的棘轮齿（如果有的话）与锁定螺母彼此隔开。

图4为当BOP处于解锁闭合位置时且在离合器流体压力施加到离合器活塞同时闭合流体压力施加到致动器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。图4A为图4的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。这些图将彼此结合起来进行描述。借助于通过闭合流体管线132从泵送系统130提供到向外腔室48以及与其流体地联接的其它腔室（包括离合器腔室57）中的流体，闭合流体压力可以被提供到致动器16。另外，因为活塞腔体118与离合器腔室57流体地联接，所以闭合流体压力在离合器活塞70的第二部分94上施加力，以将离合器板66朝向锁定螺母60进一步偏压。然而，由于压力面积差126，使得由离合器流体压力施加在离合器活塞70的第一部分92上的力大致大于由闭合流体压力施加在离合器活塞70的第二部分94上的力（和来自偏压构件74的偏压力），从而离合器板66可以保持与锁定螺母60脱开。

闭合流体压力在联接到闸板12上的致动器活塞18的活塞头部向外表面36B上施加闭合力。当活塞头部由于闭合力而向内运动时，闸板12朝向开口6向内运动，以闭合BOP。当闸板12向内运动时，活塞螺纹轴52也向内运动，使得锁定螺母60由于活塞螺纹轴52和锁定螺母之间的螺纹接合而旋转。当活塞螺纹轴52向内运动且BOP闭合时，离合器板66与锁定螺母60脱开，并且不约束锁定螺母的旋转。当离合器板66与锁定螺母60脱开时，由作用在活塞头部向外表面36B上的闭合流体压力所产生的闭合力足以保持致动器活塞18不能向外缩回。

图5为当BOP处于锁定闭合位置时且在离合器流体压力减小同时闭合流体压力施加到致动器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。图5A为图5的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。这些图将彼此结合起来进行描述。通过离合器活塞70上的离合器端口138提供的离合器流体压力大致可以通过通风而减小，以允许离合器板66重新接合锁定螺母60。通常，当致动器活塞18已经向内运动足够的量时，离合器流体压力可以减小，使得闸板12已经密封地接合其配对的闸板10（还如图1所示）或者由闸板的运动所确定的某个其它位置。因为第一活塞腔室100与向外腔室48流体地断开，所以离合器流体压力可以独立于致动器活塞18上的闭合流体压力而施加在离合器活塞70上。向外腔室48中的闭合流体压力可以得到保持，直到离合器流体压力减小并且离合器板66和锁定螺母60已经重新接合。从而，在至少一个实施例中，在减小闭合流体压力之前，锁定螺母60受到限制而不能旋转。在这样的条件下，锁定螺母60限制活塞螺纹轴52的向外运动，并且由此限制致动器活塞18和闸板12的向外运动。

图6为当BOP处于锁定闭合位置时且在离合器流体压力减小同时闭合流体压力减小的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。图6A为图6的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。这些图将彼此结合起来进行描述。在至少一个实施例中，当离合器板66和锁定螺母60重新接合时，向外腔室48的闭合流体压力可以减小。当来自安装有BOP的井的井孔压力施加指向外的力以试图将闸板12推开时，闸板12的运动受到离合器板66限制，该离合器板与锁定螺母60接合，以约束锁定螺母而使其不能旋转。从而，夹持表面78以及伴随的棘轮齿80、81（如果有的话）处于约束锁定螺母60而使其不能旋转的载荷下。从而，BOP闭合，并且所有腔室上的压力可以减小。然而，与其它尝试相比，锁定螺母和离合器板在闭合过程中在它们之间将出现最小磨损的时刻接合，原因是在闭合过程中在离合器板66和锁定螺母60之间发生接合之前，闸板已经至少向内运动到部分闭合位置。

图7为当BOP处于锁定闭合位置时且在离合器流体压力减小同时闭合流体压力施加到致动器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。图7A为图7的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。这些图将彼此结合起来进行描述。为了打开BOP并且将锁定螺母60与离合器板66脱开，可以再次向致动器活塞头部外表面36B施加闭合流体压力。当施加时，闭合压力使得致动器活塞18向内运动并且降低锁定螺母60和离合器板66之间的载荷。

图8为当BOP处于解锁闭合位置时且在离合器流体压力施加到离合器活塞同时闭合流体压力施加到致动器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。图8A为图8的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。这些图将彼此结合起来进行描述。通过离合器端口138的离合器流体压力可以施加到离合器活塞70的第一部分92，同时闭合流体压力施加到活塞头部向外表面36B，以使离合器板66与锁定螺母60脱开。当离合器板和锁定螺母的接合处于没有或几乎没有来自由闸板12上的井孔压力所引起的任何向外力的载荷时，离合器板66与锁定螺母60脱开。腔室48中的闭合流体压力可以在致动器活塞头部36上施加力，从而离合器板的夹持表面78不需要约束闸板的运动，以及通过活塞螺纹轴52传递到锁定螺母60的力。离合器活塞70的活塞面积122、124、126被系统有利地用来克服施加在离合器板66上的相应的力。更具体地，离合器流体压力施加在第一活塞面积122上。闭合流体压力施加在第二活塞面积124上。第一活塞面积122和第二活塞面积124之间的差可以限定活塞面积差126。在至少一个实施例中，来自相同泵送系统130的闭合流体压力可以基本上等于离合器端口138中的离合器流体压力。然而，即使当在腔室57中的第二活塞面积124上存在相反的闭合流体压力时，由于离合器活塞70上的第一活塞面积122和第二活塞面积124之间的活塞面积差126，而使得离合器活塞70仍然可以启动并且运动以脱开离合器板70。

图9为当BOP处于解锁闭合位置时且在离合器流体压力施加到离合器活塞同时闭合流体压力减小的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。图9A为图9的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。这些图将彼此结合起来进行描述。离合器端口138中的离合器流体压力可以保持在离合器活塞70上，使得离合器板66与锁定螺母60脱开。来自腔室48以及与其流体地联接的其它腔室（包括离合器腔室57）的闭合流体压力可以减小。

图10为当BOP处于解锁打开位置时且在离合器流体压力施加到离合器活塞同时闭合流体压力在致动器活塞的与之前的闭合流体压力相反的一侧上施加到致动器活塞的情况下的图2的致动器的示意性俯视图。图10A为图10的致动器的解锁的锁定系统的细节示意图。这些图将彼此结合起来进行描述。当离合器流体压力施加在离合器活塞70的第一部分92上时，打开流体压力可以施加到腔室46并且抵靠活塞头部向内表面36A，以使致动器活塞18向外运动而打开BOP。这样的脱开允许锁定螺母60旋转，从而允许螺纹轴52向侧向运动，使得致动器活塞18和闸板12向外运动。有利地，当离合器板66已经与锁定螺母60脱开时，可以施加打开力。这样的优先脱开帮助减少离合器板66和锁定螺母60之间的磨损。在BOP已经打开且致动器活塞头部36缩回到向外位置时，可以减小离合器流体压力。从而，BOP可以返回到图2-2B所示的状态。

在不脱离本发明的精神的情况下，可以设计利用上述发明的一个或多个方面的其它的和进一步的实施例。例如而非限制性地，套筒和腔室以及与它们接合的部件，例如活塞和离合器板，可以是圆形的或其它几何形状，从而术语“周边”的使用被宽泛地构造成意思是如同实际情况那样可以或可以不是圆形的内周边或外周边。另外，各种方法和系统的实施例可以彼此组合，以形成所公开的方法和实施例的变化。单数元素的讨论可以包括复数元素，反之亦然。至少一个对象的参考（之后参考该对象）可以包括一个或多个对象。另外，实施例的各个方面可以彼此组合使用，以实现本发明的理解的目标。除非文本需要，否则词语“包括”或者其变型（例如“包含”或“含有”）应当被理解为暗示包括至少所述的元件或步骤或者元件或步骤的组或它们的等效，并且不排除更多数量的或任何其它的元件或步骤或者元件或步骤的组或它们的等效。装置或系统可以沿多个方向和取向使用。术语“联接的”、“联接”、“联接器”等术语在本文中被宽泛地使用，并且可以包括任何方法或装置，以用于固定、粘结、粘接、紧固、附接、联结、插入到其中、形成于其上或其中、连通或关联，例如机械地、磁性地、电气地、化学地、可操作地、直接地或利用中间元件间接地、一个或多个构件一起，并且还可以包括非限制地与另一个构件以整体的方式一体形成一个功能构件。联接可以沿任何方向进行，包括旋转地联接。

步骤的顺序可以以多种序列进行，除非另外具体限制。本文所述的各个步骤可以与其它步骤组合、插入所述的步骤、和/或分为多个步骤。相似地，各元件已经进行功能性的描述，并且可以实施为单独的部件，或者可以组合为具有多个功能的部件。

已经在优选的和其它的实施例的文本内容中描述了本发明，而并没有描述本发明的每个实施例。对于本领域普通技术人员而言，能够获得对所述实施例的明显修改和变化。所公开的和未公开的实施例并不是用来限制或局限由申请人想到的本发明的范围或适应性，相反，与专利法相符的是，申请人意欲完整地保护落在以下权利要求的范围或等效范围内的所有这样的修改和改进。

Claims (25)

1.一种用于油井或气井的防喷器，其包括：

防喷器本体，该防喷器本体中具有贯穿设置的开口，以用于管状产品插入穿过该开口，并且该防喷器本体具有至少第一导向槽，该第一导向槽相对于开口的中心线成一角度地形成；

第一闸板，该第一闸板沿着在本体中形成的第一导向槽可滑动地联接到防喷器本体；以及

第一致动器，该第一致动器联接到第一闸板，并且适于使第一闸板沿着第一导向槽在侧向方向上在打开位置和闭合位置之间运动，该第一致动器包括：

致动器本体，该致动器本体具有套筒，该套筒与在套筒中形成的开口套筒的中心线成一角度地设置；

致动器活塞，该致动器活塞具有致动器活塞头部，该致动器活塞头部可滑动地至少部分设置在套筒中，并且与套筒密封地接合，致动器活塞的第一端部联接到第一闸板，致动器活塞的第二端部联接到螺纹轴，在该螺纹轴上形成有螺纹；致动器活塞头部将套筒分为沿着朝向开口的中心线的处于套筒内的向内腔室和沿着离开开口的中心线的处于套筒内的向外腔室；

锁定螺母，该锁定螺母能够相对于致动器本体旋转，该锁定螺母具有对应螺纹，该对应螺纹适于与致动器活塞的螺纹轴上的螺纹接合，并且适于当锁定螺母相对于螺纹轴旋转时允许螺纹轴与致动器活塞头部一起沿侧向运动；以及

离合器组件，该离合器组件与锁定螺母选择性地联接，并且适于约束锁定螺母的旋转，该离合器组件包括：

离合器板，该离合器板具有朝向锁定螺母设置的夹持表面；

偏压组件，该偏压组件包括偏压构件和联接到偏压构件的偏压构件保持器，该偏压组件适于将离合器板朝向锁定螺母偏压；以及

离合器活塞，该离合器活塞与致动器本体可滑动地联接，并且适于将离合器板与锁定螺母选择性地接合，该离合器活塞包括具有第一压力面积的第一部分和具有第二压力面积的第二部分，第一压力面积和第二压力面积之间的差形成压力面积差，第一压力面积与第二压力面积密封，第一压力面积流体地联接到端口，以便与第二压力面积上的流体压力相独立地向第一压力面积提供流体压力。

2.根据权利要求1所述的防喷器，其中压力面积差至少大到足以在施加在第一压力面积上的流体压力等于施加在第二压力面积上的流体压力时克服离合器板上的来自偏压组件的偏压。

3.根据权利要求1所述的防喷器，其中夹持表面包括棘轮齿，并且其中朝向离合器板的夹持表面设置的锁定螺母的一部分包括对应的棘轮齿。

4.根据权利要求3所述的防喷器，其中棘轮齿允许沿一个方向的旋转而约束沿相反方向的旋转。

5.根据权利要求1所述的防喷器，其中螺纹轴上的螺纹包括外螺纹，锁定螺母上的螺纹包括内螺纹。

6.根据权利要求1所述的防喷器，其中锁定螺母相对于致动器本体沿侧向固定。

7.根据权利要求1所述的防喷器，其中离合器组件相对于致动器本体可旋转地固定。

8.根据权利要求1所述的防喷器，其中致动器活塞相对于致动器本体可旋转地固定。

9.根据权利要求1所述的防喷器，其中离合器活塞包括环形的活塞。

10.根据权利要求1所述的防喷器，其中离合器活塞的第一部分限定的外径大于离合器活塞的第二部分的外径。

11.根据权利要求1所述的防喷器，其中离合器活塞的第二部分流体地联接到向外腔室。

12.根据权利要求1所述的防喷器，其中离合器活塞的第一部分与向内腔室流体地断开。

13.根据权利要求1所述的防喷器，其还包括第二闸板和联接到第二闸板的第二致动器，该第二闸板相对于开口的中心线远离第一闸板设置。

14.根据权利要求1所述的防喷器，其还包括联接到致动器的泵送系统。

15.根据权利要求1所述的防喷器，其还包括联接在泵送系统与致动器上的闭合端口之间的闭合流体管线、联接在泵送系统与致动器上的打开端口之间的打开流体管线、以及联接在泵送系统与致动器上的离合器活塞端口之间的离合器活塞管线。

16.一种致动用于油井或气井的防喷器的方法，该防喷器包括：防喷器本体，该防喷器本体中具有用于管状产品贯穿插入的开口；至少一个闸板，该至少一个闸板可滑动地联接到防喷器本体；第一致动器，该第一致动器适于使闸板在打开位置和闭合位置之间运动；该致动器具有致动器本体，致动器活塞设置在该致动器本体中，致动器活塞具有致动器活塞头部，该致动器活塞头部将致动器本体的内部部分分为沿着从致动器活塞头部朝向开口的方向的向内腔室和沿着从致动器活塞头部离开开口的方向的向外腔室，该致动器活塞还具有螺纹部分，该螺纹部分适于接合能够相对于致动器本体旋转的螺纹锁定螺母，该致动器还具有离合器组件，该离合器组件具有离合器板和锁定活塞，该离合器板与锁定螺母选择性地联接，锁定活塞包括具有第一压力面积的第一部分和具有第二压力面积的第二部分，第一压力面积和第二压力面积之间的差形成压力面积差，第一压力面积与第二压力面积密封，所述方法从打开位置开始包括：

向离合器活塞的第一部分施加离合器流体压力，以使离合器活塞运动；

利用离合器活塞使离合器板从锁定螺母脱开；

当离合器板从锁定螺母脱开时，从向外腔室向致动器活塞施加闭合流体压力；

使闸板朝向开口向内运动，以至少部分地闭合防喷器；以及

减小对离合器活塞的第一部分的离合器流体压力，以允许离合器板接合锁定螺母并且将闸板保持在至少部分闭合位置中。

17.根据权利要求16所述的方法，其还包括：

当离合器板与锁定螺母接合时，减小对致动器活塞的闭合流体压力。

18.根据权利要求16所述的方法，其还包括打开防喷器，打开防喷器包括：

当离合器板与锁定螺母接合时，从向外腔室向致动器活塞施加打开流体压力；

向离合器活塞的第一部分施加离合器流体压力；

使离合器板从锁定螺母脱开；

减小向外腔室中的闭合流体压力；以及

当离合器板从锁定螺母脱开时，从向内腔室向致动器活塞施加打开流体压力，以至少部分地打开防喷器。

19.根据权利要求18所述的方法，其中施加闭合流体压力还包括：向离合器活塞的第二部分的第二压力面积施加闭合流体压力，该闭合流体压力作用在离合器活塞上的力小于离合器流体压力作用在离合器活塞的第一部分上的力。

20.根据权利要求19所述的方法，其中当闭合流体压力和离合器流体压力为相同的压力时，在离合器活塞的第二部分上的较小的力是由于压力面积差而产生的。

21.根据权利要求18所述,的方法，其还包括：

当防喷器至少部分地打开时，减小向内腔室中的打开流体压力。

22.根据权利要求18所述的方法，其还包括：

当防喷器至少部分地打开时，减小向内腔室中的打开流体压力；以及

减小离合器流体压力，以允许离合器板在至少部分打开位置中接合锁定螺母。

23.根据权利要求16所述的方法，其还包括：

当离合器板与锁定螺母接合时，减小闭合流体压力；

当离合器板与锁定螺母接合时，从向外腔室向致动器活塞施加闭合流体压力；

向离合器活塞的第一部分施加离合器流体压力；

使离合器板从锁定螺母脱开；

减小向外腔室中的闭合流体压力；

当离合器板从锁定螺母脱开时，从向内腔室向致动器活塞施加打开流体压力，以至少部分地打开防喷器。

24.根据权利要求23所述的方法，其还包括：

当防喷器至少部分地打开时，减小向内腔室中的打开流体压力。

25.根据权利要求24所述的方法，还包括：

减小对离合器活塞的第一部分的离合器流体压力，以允许离合器板在至少部分打开位置中接合锁定螺母。

Images